CN108487946A - 一种径向透平高速发电机组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种径向透平高速发电机组，包括径向透平涡轮、高速永磁发电机、整流器、逆变器及数字发电控制模块。中低压蒸汽或其它工质(0.8Mpa‑6MPa)通过进汽机构送入径向透平涡轮做功，径向透平涡轮通过磁力联轴器直接带动高速永磁发电机(转速在10000～120000rpm之间、发电功率10‑2000kW)发电，产生的高频交流电流经过整流器、逆变器整流调制为50HZ、380kV的工频交流电，送到配电网或用户负荷。本发明的目的是克服现有径向汽轮发电机组不足，提供一种结构简单、运行可靠、维护成本低、高发电效率、不依赖于发电励磁同步限制、发电机转速可变调节的中低压工质高效发电装置。适用于分布式供能、热电冷三联供、工业余热回收利用及新能源发电领域。
Description
技术领域
本发明涉及在分布式供能、热电冷三联供、工业余热回收利用及新能源发电领域，适用于建筑、楼宇、厂房的热电冷三联供领域，应用于化工、电力等工业领域的余热回收以及地热、光热等新能源发电。
背景技术
经文献检索发现，中国专利名称为：一种蒸汽减压发电装置，申请号为201520632793.9，该专利公开了一种蒸汽减压发电装置，包括高压蒸汽进口、低压蒸汽装置、径向汽轮机、减速器、发电机。
在分布式供能、热电冷三联供、工业余热回收利用及新能源发电领域，存在低压力蒸汽发电。因为轴流式汽轮机存在鼓风损失，效率低下；而现有径向汽轮机发电机组，通常需要采用齿轮减速器将高转速的径向汽轮机降速后与发电机相连，由于径向汽轮机转速高(10000-40000rpm)，而发电机转速为3000rpm，所以必须通过减速器将径向汽轮机转速降速为3000r/min。径向汽轮机转速是固定的，通过调速配汽机构将转速维持在固定转速附近。齿轮减速器存在6％-10％左右的机械损失。
发明内容
本发明的目的是克服现有径向汽轮机产品中不足，提供一种结构简单、运行可靠、维护成本低、高发电效率、不依赖于发电励磁同步限制、发电机转速可变调节的中低压工质高效发电装置，最终提升中低压工质透平发电效率和可靠性。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种径向透平高速发电机组，包括进汽机构、旁路系统、涡轮、排汽机构、轴承、联轴器、发电机、第一转换机构、第二转换机构、滤波器、控制系统，所述进汽机构的出气端与涡轮进汽端固定连接，所述涡轮的出汽端与出汽机构的进汽端固定连接，所述涡轮的输出端固定设置有轴承，所述轴承远离涡轮的一端固定设置有联轴器，所述发电机的转轴通过联轴器与涡轮的输出轴端固定连接，所述旁路系统分别与进汽机构、排汽机构之间通过电性连接，所述发电机的输出端与第一转换机构的输入端通过电性连接，所述第一转换机构的输出端与第二转换机构的输入端通过电性连接，所述第二转换机构的输出端与滤波器的输入端通过电性连接，所述滤波器的输出端与配电网的输入端通过电性连接，所述控制系统分别与进汽机构、发电机、第一转换机构、第二转换机构、滤波器之间通过信号连接。
进一步的，所述涡轮采用径向透平涡轮。
进一步的，所述涡轮入口蒸汽、工质压力为0.8Mpa-6MPa，所述涡轮的转速为10000～120000rpm。
进一步的，所述发电机采用高速永磁发电机，所述发电机发电功率为10kW-2000kW。
进一步的，所述涡轮与发电机转子之间通过联轴器连接，所述联轴器采用磁性联轴器。
进一步的，所述轴承采用高速高温空气轴承。
进一步的，所述第一转换机构采用整流器。
进一步的，所述第二转换机构采用逆变器。
进一步的，所述控制系统包括数字控制模块，所述数字控制模块分别与进汽机构、发电机、第一转换机构、第二转换机构、滤波器之间通过信号连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的径向透平高速发电机组具有极高的可靠性、发电效率和较低的维护成本，径向透平涡轮和发电机同轴，整套发电机组只有一个转动部件，并采用高温高速空气轴承，径向透平涡轮和发电机转子用磁性联轴器连接，避免了不同心带来的振动缺陷，连续运行可靠率高；由于采用高温高速空气轴承，不需润滑系统、散热系统、冷却剂等，维护成本低；采用径向涡轮透平做功，且取消了齿轮减速箱，避免了齿轮减速箱6％-10％的机械传动损失，发电效率明显提升；
2、本发明通过中低压蒸汽(0.8Mpa-6MPa)通过进汽机构送入径向透平涡轮做功，做功后的蒸汽经过排汽机构进入用户工艺系统，或送入冷却塔冷凝，径向透平涡轮通过磁力联轴器直接带动高速永磁发电机(转速在10000～120000rpm之间、发电功率10-2000kW)发电，产生的150-2000Hz高频交流电流经过AC/DC整流器整流为直流电，直流电经过DC/AC逆变器调制为50HZ、380kV的工频交流电，经过滤波器送到配电网或用户负荷。
附图说明
图1为本发明一种径向透平高速发电机组整体结构示意图。
图1中：1-进汽机构；2-涡轮；3-排汽机构；4-轴承；5-联轴器；6-发电机；7-旁路系统；8-第一转换机构；9-第二转换机构；10-滤波器；11-控制系统；12-数字控制模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种径向透平高速发电机组，包括进汽机构1、旁路系统7、涡轮2、排汽机构3、轴承4、联轴器5、发电机6、第一转换机构8、第二转换机构9、滤波器10、控制系统11，所述进汽机构1的出气端与涡轮2进汽端固定连接，所述涡轮2的出汽端与排汽机构3的进汽端固定连接，所述涡轮2的输出端固定设置有轴承4，所述轴承4远离涡轮2的一端固定设置有联轴器5，所述发电机6的转轴通过联轴器5与涡轮2的输出轴端固定连接，所述旁路系统7分别与进汽机构1、排汽机构3之间通过电性连接，所述发电机6的输出端与第一转换机构8的输入端通过电性连接，所述第一转换机构8的输出端入第二转换机构9的输入端通过电性连接，所述第二转换机构9的输出端与滤波器10的输入端通过电性连接，所述滤波器10的输出端与配电网的输入端通过电性连接，所述控制系统11分别与进汽机构1、发电机6、第一转换机构8、第二转换机构9、滤波器10之间通过信号连接。
本发明所述涡轮2采用径向透平涡轮。
本发明所述涡轮2入口蒸汽、工质压力为0.8Mpa-6MPa，所述涡轮2的转速为10000～120000rpm，采用径向透平涡轮作为透平做功部件，入口蒸汽或工质压力0.8Mpa-6MPa，转速10000～120000rpm，与轴流透平相比避免了余速损失和鼓风损失。
本发明所述发电机6采用高速永磁发电机，所述发电机6发电功率为10kW-2000kW，采用高速永磁发电机，转速在10000～120000rpm之间、发电功率10-2000kW。
本发明所述涡轮2与发电机6转子之间通过联轴器5连接，所述联轴器5采用磁性联轴器，有效减少了转子系统与电机转子不同心带来的振动缺陷。
本发明所述轴承4采用高速高温空气轴承，取消了滚动和滑动轴承，取消了润滑油系统。
本发明所述第一转换机构8采用整流器，将高速永磁发电机输出的频率为150-2000Hz交流电整流为直流。
本发明所述第二转换机构9采用逆变器，接收整流器输出直流并将其逆变为工频交流(50HZ、380V)。
本发明所述控制系统11包括数字控制模块12，所述数字控制模块12分别与进汽机构1、发电机6、第一转换机构8、第二转换机构9、滤波器10之间通过信号连接，根据不同的运行方式可以对整套机组进行相应的控制。当接入的微电网孤网运行时，通过控制逆变器来控制负荷端的电压及频率，即v/f控制，以维持整个微电网的电压和频率；当发电机组并网运行时，为减少对大电网的冲击，对逆变器采用P/Q控制，即按照给定的功率输出来控制其与电网间的功率交换。
工作原理：通过中低压蒸汽0.8Mpa-6MPa通过进汽机构1送入涡轮2，由于本涡轮2采用径向透平涡轮，通过径向透平涡轮做功，做功后的蒸汽经过排汽机构3进入用户工艺系统，或送入冷却塔冷凝，径向透平涡轮通过联轴器5直接带动发电机6转速在10000～120000rpm之间、发电功率10-2000kW发电，产生的150-2000Hz高频交流电流经过第一转换机构8AC/DC整流器整流为直流电，直流电经过第二转换机构9DC/AC逆变器调制为50HZ、380kV的工频交流电，经过滤波器10送到配电网或用户负荷。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种径向透平高速发电机组，包括进汽机构(1)、旁路系统(7)、涡轮(2)、排汽机构(3)、轴承(4)、联轴器(5)、发电机(6)、第一转换机构(8)、第二转换机构(9)、滤波器(10)、控制系统(11)，其特征在于：所述进汽机构(1)的出气端与涡轮(2)进汽端固定连接，所述涡轮(2)的出汽端与排汽机构(3)的进汽端固定连接，所述涡轮(2)的输出端固定设置有轴承(4)，所述轴承(4)远离涡轮(2)的一端固定设置有联轴器(5)，所述发电机(6)的转轴通过联轴器(5)与涡轮(2)的输出轴端固定连接，所述旁路系统(7)分别与进汽机构(1)、排汽机构(3)之间通过电性连接，所述发电机(6)的输出端与第一转换机构(8)的输入端通过电性连接，所述第一转换机构(8)的输出端入第二转换机构(9)的输入端通过电性连接，所述第二转换机构(9)的输出端与滤波器(10)的输入端通过电性连接，所述滤波器(10)的输出端与配电网的输入端通过电性连接，所述控制系统(11)分别与进汽机构(1)、发电机(6)、第一转换机构(8)、第二转换机构(9)、滤波器(10)之间通过信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种径向透平高速发电机组，其特征在于：所述涡轮(2)采用径向透平涡轮。
3.根据权利要求1所述的一种径向透平高速发电机组，其特征在于：所述涡轮(2)入口蒸汽、工质压力为0.8Mpa-6MPa，所述涡轮(2)的转速为10000～120000rpm。
4.根据权利要求1所述的一种径向透平高速发电机组，其特征在于：所述发电机(6)采用高速永磁发电机，所述发电机(6)发电功率为10kW-2000kW。
5.根据权利要求1所述的一种径向透平高速发电机组，其特征在于：所述涡轮(2)与发电机(6)转子之间通过联轴器(5)连接，所述联轴器(5)采用磁性联轴器。
6.根据权利要求1所述的一种径向透平高速发电机组，其特征在于：所述轴承(4)采用高速高温空气轴承。
7.根据权利要求1所述的一种径向透平高速发电机组，其特征在于：所述第一转换机构(8)采用整流器。
8.根据权利要求1所述的一种径向透平高速发电机组，其特征在于：所述第二转换机构(9)采用逆变器。
9.根据权利要求1所述的一种径向透平高速发电机组，其特征在于：所述控制系统(11)包括数字控制模块(12)，所述数字控制模块(12)分别与进汽机构(1)、发电机(6)、第一转换机构(8)、第二转换机构(9)、滤波器(10)之间通过信号连接。
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Application publication date: 20180904 |